1、,机械加工生产线总体设计,机械制造装备设计,Mechanical Manufacture Equipment Design,2,4.4 机械加工生产线总体布局设计 生产线的工件传送装备 生产线的总体布局形式 生产线的总体联系尺寸图 生产线的其它装备的选择和配置组成生产线的机床、辅助装备、工件的传送装备布置和联接方式。,4 机械加工生产线总体设计,3,4.4.1 生产线的工件传送装备 包括： 托盘及托盘交换器 随行夹具 传送装备 有轨运输小车 无轨运输小车 随行工作台站,4.4 机械加工生产线总体布局设计,4,一、托盘及托盘交换器 应用托盘交换器可以大幅度缩减装卸工件的辅助时间。 1托盘 托盘是
2、用来固定夹具的，结构形状类似于加工中心的工作台 相当于机床与工件间的硬件接口。用于柔性生产线中。 在同一个FMS系统中，托盘应统一结构和尺寸。 2托盘交换器 托盘交换系统有两种结构： 回转式：两工位形式和多工位形式多工位的托盘交换器可以存储若干工件，故也称为缓冲工作站或托盘库。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,5,两工位的回转式托盘交换器：图6-45 托盘移动和交换器回转均由液压驱动实现。当加工完毕后，交换器从机床工作台上移出托盘，然后旋转1800 ，将装有待加工工件的托盘送入加工位置。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,6,八工位的回转式托盘交换器 图6-46,4.4 机械加工生产线总
3、体布局设计,7,含有一个托盘库 托盘库相当于一个小型中间储料库，起缓冲作用。,往复式 图6-47,4.4 机械加工生产线总体布局设计,移动交换式,8,二、随行夹具 对于结构形状较复杂而缺少可靠输送基面的工件，常把工件在随行夹具上安装好，与随行夹具一起传送、定位、夹紧在机床上完成加工。 采用随行夹具传送工件时，应设置随行夹具返回装置。返回方式：上方返回、下方返回、水平返回三种:,4.4 机械加工生产线总体布局设计,9,随行夹具上方返回的生产线布局方式: 图6-48,4.4 机械加工生产线总体布局设计,10,随行夹具下方返回的生产线布局方式:,4.4 机械加工生产线总体布局设计,11,随行夹具水平
4、返回（框形布局） 的生产线布局方式:图6-50,4.4 机械加工生产线总体布局设计,12,三、传送装备 作用衔接各物流站、加工单元、装配单元；物料的暂存和缓冲功能。 常见的传送装备滚道式输送机、链式输送机、悬挂式输送机、步伐式输送机。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,13,1、滚道式传送机利用滚子的转动来完成工件的输送。结构简单、使用最广泛的传送装备，它由一系列以一定的间距排列的滚子组成，用于传送成件货物或托盘货物。 货物或托盘的底部沿传送方向必须有连续的支承面。 为保证货物在滚子上移动时的稳定性，该支承面至少应该接触四个滚子滚子的间距应为货物支承面长度的1/4。,4.4 机械加工生产线总
5、体布局设计,14,（1）无动力滚子输送（靠工件自重输送的自重式）沿输送方向倾斜一角度，斜度为3.75/100。 特点： 结构简单； 终点和起点有高度差传送距离较长时，要分段，每段都需配备升降台； 移动速度无法控制货物易发生碰撞，导致货物破损； 采用限速滚子结构复杂。 （2）动力滚子输送（自动输送滚道 ）由驱动装置使滚子转动，依靠滚子和工件之间的摩擦力带动工件向前输送。用于自动线、自动机的上下料及线间的工件输送。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,15,链条传动的自动输送滚道： 图6-52,4.4 机械加工生产线总体布局设计,16,压滚胶带传动的自动输送滚道： 图6-54 在滚子底下布置一条胶
6、带，用压滚顶起胶带，使之与滚子接触，靠摩擦力的作用带动滚子转动。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,17,8字形皮带传动的自动输送滚道： 图6-55,4.4 机械加工生产线总体布局设计,18,2、链式传送机 一般通过链条上的附件带动物料前进附件可用链条上的零件扩展而成，还可以配置二级附件托架、料斗、运载机构等。,塑料滚子链式输送带:,4.4 机械加工生产线总体布局设计,19,3、悬挂式传送机通用悬挂传送机最简单的架空传送机械，由牵引件（牵引链）、滑架小车、吊具、轨道、张紧装置、驱动装置、转向装置和安全装置等组成。适用于车间内成件物料的空中输送，节省空间，更容易实现整个工艺流程的自动化。 莱动
7、单缸机装配线上有三处采用了通用悬挂传送机,4.4 机械加工生产线总体布局设计,20,4.4 机械加工生产线总体布局设计,21,悬挂传送机可在运行过程中通过架空线路的升降实现自动上、下料作业。图6-56自动上料的悬挂输送机：,4.4 机械加工生产线总体布局设计,22,积放式悬挂输送线,4.4 机械加工生产线总体布局设计,23,喷漆生产线应用的悬挂传送机上、下料作业由人工完成,4.4 机械加工生产线总体布局设计,24,采用悬挂式传送机械手的生产线:,P426 图7-27,4.4 机械加工生产线总体布局设计,25,4、步伐式传送机间歇式输送（1）移动步伐式A.棘爪步伐式输送带组成棘爪、输送杆、连接板
8、、侧限位板、支撑板动作向左输送工件，向右退回，实现单向输送： 向左运动棘爪推动工件前进一个步距； 向右运动棘爪被后面的工件压下，在工件下方滑过，在弹簧作用下复位。 特点： 结构简单，通用性强； 传送速度不能太高，812m/min，否则会因工件的惯性力产生前冲而影响工件的传送位置； 弹簧易被切屑等杂物卡死，造成棘爪不动作。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,26,棘爪步伐式输送带:,4.4 机械加工生产线总体布局设计,27,摆杆上设有刚性 棘爪和限位挡块。输送摆杆有前进、 往复摆动、后退 三种动作。,B.摆杆步伐式输送带,特点： 有限位挡块，传送终止位置准确； 传送速度较高速度20m/min。
9、,4.4 机械加工生产线总体布局设计,28,工作原理： 摆杆摆动一定角度，使刚性棘爪和限位挡块转到工件的前后方位置（A-A图中实线位置）； 输送摆杆在驱动液压缸5的推动下前行一个步距，完成输送；,4.4 机械加工生产线总体布局设计,29,摆杆反转一定角度，使刚性棘爪和限位挡块转出工件的前后方位置（A-A图中虚线位置），在驱动液压缸5作用下摆杆退回一个步距，准备下次输送。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,30,(2)抬起步伐式 常见类型： 齿轮齿条式 拨爪杠杆式应用： 不便于输送的畸形工件或软质材料工件，可避免工件的磨损。 注意：夹具在上下方向的敞开性要好，以便于输送带的运行。,4.4 机械
10、加工生产线总体布局设计,31,四、有轨输送小车（RGVRail Guided Vehicle）依靠铺设在地面上的轨道进行导向并输送工件的输送机。特点：移动速度快，承载能力大；轨道不易改动柔性差，车间空间利用率低，造价高。链式牵引的RGV:牵引销处于下位时（图中下方左侧部位），由牵引件推爪推动牵引销使小车运行；牵引销处于上位时（图中下方右侧部位），则牵引销脱开牵引件推爪，小车停止运行。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,32,4.4 机械加工生产线总体布局设计,33,4.4.5 无轨运输小车 AGVAutomated Guide Vehicle 一种由计算机控制并按一定程序自动完成运输任务的运
11、输工具自动导向小车。组成：车架、电源、电气系统、驱动 装置、转向装置、自动导向系统、移载机构、自动认址系统等。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,34,1.特点 柔性好：可以较方便地修改和扩充小车的移动路线； 可实现实时监控：利用小车与控制计算机之间的双向通讯功能，实现对小车运行状态的实时监控； 安全可靠； 定位精度高：有定位传感器，精确定位的AGV可达3mm； 维护方便。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,35,2.AGV的导向方式 两大类： （1）车外固定路径导向方式 电磁导向（线导）小车：利用电磁感应制导原理进行导向的。需在行车路线的地面下埋设环形感应电缆来制导导向小车运动。 行车路
12、线固定 光导小车：采用光电制导原理进行导向的。需要行车路线上涂有能反光的荧光线条或铝带等，小车上装有聚光灯和受光器，用控制器捕捉反射光信号来实现制导。此方法易于改变行车路线，但对地面环境要求高。 行车路线固定,4.4 机械加工生产线总体布局设计,36,标记跟踪式：在行车路线上贴敷导向标记，利用摄象机识别导向标记来实现制导。 行车路线固定。磁导向式：在行车路线上敷设磁带或磁条，小车上装设磁力传感器，以磁力进行制导 行车路线固定。 （2）自主导向方式行驶路径轨迹推算导向法AGV的计算机中存储着路线轨迹上每一点与参考点之间的距离表。小车在行进过程中，不断检测所在点与参考点之间的距离，并与存储值进行比
13、较，从而推算出目前的方位和下一步的移动方向。导向精度不高，改变行车路线方便。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,37,惯性导航 利用陀螺仪检测小车的方位角并根据从某一参考点出发所测定 的行驶距离来确定小车当前位置，通过与已知的地图路线对比 来控制小车的运动方向和距离。 环境映射法引导 通过不断测得周围环境的映像，并将当前映像与存储的映像进 行比较，从而判断AGV的行车方位。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,38,激光导航 图661 小车顶部装有一个能转动 3600并发射一定频率激光 的装置，同时在周围的固 定位置上设置反光带。当 AGV运行时，通过不断检 测来自三个以上已知位置 反射来的
14、激光束判断AGV 的正确位置，从而实现 导航。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,39,3.AGV电磁式自动导向系统 （1）舵轮转向的AGV自动导向系统,结构图：,4.4 机械加工生产线总体布局设计,40,原理图：,4.4 机械加工生产线总体布局设计,41,舵轮转向电磁式AGV导向原理： 在小车行车路线的地面上铺设导向线9，并通以15kHz、40V、0.20.4A 的交流电，在导线周围便形成一个交变磁场。小车导向轮8的两侧装有导向感应线圈1，随导向轮一起转动。 小车在正确位置行驶两个线圈中的感应电动势相等，差值电压为零。 当导向轮偏离导向线或导向线转弯两个线圈偏离导向线的距离不等，线圈中的感
15、应电动势不等，产生差值电压，利用此差值电压经放大后控制直流导向电动机6按要求的旋转方向和速度驱动导轮以调整小车的行走方位，从而保证小车沿着预先铺设的电缆方向前进。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,42,（2）两轮差速转向的AGV自动导向系统 小车上对称设置两个电磁传感器，两传感器信号经比较、放大处理后得到了反映小车偏差方向的偏差量，并以此量控制转向系统，实现导向。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,43,4AGV自动认址与精确停位系统 作用：使小车将物料送到准确位置 多采用感应线圈作为地址信息发送元件，埋设在所需位置上：,4个线圈作为地址信息发送元件可组合成16种位置信号,4.4 机械加
16、工生产线总体布局设计,44,工作原理：首先在工位上安置地址信息发送元件感应线圈；将每个地 址进行编码。再将若干个线圈以不同的方式连接，产生不同方 向的磁通（向上或向下）；每个线圈产生“向上”或“向下” 两种方式的磁通，分别表示地址码的“0”或“1”。上述地址 信号由安装在小车上的接受线圈接受，经放大整形送入计数电 路或逻辑判断电路，使小车减速、停车，或前后微量调整，达 到精确停位。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,45,5.4.6 随行工作台站 位于制造单元与AGV之间的装置，在制造系统中起过渡作用。,功能: 存放自动小车运来的随行工作台(L)； 随行工作台在存放站上有自动转移功能根据指令
17、,可移至缓冲位置(U)； 随行工作台移至工作位置(A)工业机器人可对随行工作台上夹持的工件进行装卸。,4.4 机械加工生产线总体布局设计,46,4.4 机械加工生产线总体布局设计,4.4.2 生产线的总体布局方式与生产类型、工件的结构形式、工件的传送方式、车间条件、 工艺过程、生产纲领等因素有关。 一、工件的传送方式直接传送方式随行夹具传送方式悬挂传送方式,47,4.4 机械加工生产线总体布局设计,1.直接传送方式工件由传送装置（输送带）直接传送，依次传送到各工位。组合机床生产线的常用布局方式，分两类： 通过式 非通过式,48,4.4 机械加工生产线总体布局设计,直线通过式生产线的布局方式：传
18、送工件方便，生产面积可充分利用。,49,4.4 机械加工生产线总体布局设计,折线通过式生产线的布局方式： 生产线的工位数多、长度较长、受车间布局的限制时用。,50,4.4 机械加工生产线总体布局设计,并联(并行)支线生产线的布局方式：,51,4.4 机械加工生产线总体布局设计,框形布局的生产线：,52,4.4 机械加工生产线总体布局设计,非通过式：工件的传送装备位于机床的一侧优点：便于采用多面加工，有利于保证加工面的位置精度，生产效率高；缺点：需横向运载机构，占地面积大。,53,4.4 机械加工生产线总体布局设计,2随行夹具传送方式（带随行夹具的生产线）工件安装在随行夹具上，传送装置将随行夹具
19、依次传送到各工位。组合机床生产线常用的布局方式。随行夹具的返回方式：水平返回（框形布局）上方返回下方返回方式,54,4.4 机械加工生产线总体布局设计,3悬挂传送方式 工件的传送系统设置在机床的上空，传送机械手悬挂在机床 上方的桁架上。 应用： 外形复杂、无合适传送基准、尺寸较小的工件及轴类工件。通用机床或专用机床生产线常用的布局方式。,55,4.4 机械加工生产线总体布局设计,采用悬挂机械手的生产线：,56,4.4 机械加工生产线总体布局设计,二、生产线的联接方式机床间的联接联接方式： 刚性连接传送装置将生产线联成一个整体，用同一节奏把工件从一个工位传送到另一个工位（固定节拍）。 柔性连接设
20、有储料装置的生产线,57,4.4 机械加工生产线总体布局设计,加工轴类零件的刚性连接自动线 1输送驱动液压缸 2机械手 3桁架 4铣端面打中心孔机床 5车床 6料道,58,4.4 机械加工生产线总体布局设计,4.4.3 生产线的总体联系尺寸图 设计生产线各部件的依据，是检查各部件相互关系的重要资料。 1机床间距的确定两台机床之间的距离尺寸L： 一般要求保证相邻两台机床运动部件的距离不小于600mm保证进行检查、调整、操作等时出入方便； 采用步伐式传送装备时，还应满足 L=（n+1）tn两台机床间的空工位数，根据工件大小，视具体情况确定。,59,4.4 机械加工生产线总体布局设计,2传送步距的确
21、定 传送带上两棘爪之间的距离后备量、前备量棘爪长度工件在传送方向上的长度 标准传送带的步距取,60,4.4 机械加工生产线总体布局设计,3装料高度的确定 组合机床或专用机床生产线：指机床底面到固定夹具上支承面（或定位面）的高度尺寸，一般取加工回转体工件生产线： 指机床底面到卡盘中心线（或顶尖中心线）之间的高度尺寸。 主要考虑生产人员操作、调整维修设备和装卸料的方便性。,61,4.4 机械加工生产线总体布局设计,4转位台联系尺寸的确定 转位台用于改变工件的加工部位。取工件中心作为转位台中心，此时工件或限位板的最大回转半径R应满足：,62,4.4 机械加工生产线总体布局设计,5传送带驱动装置联系尺
22、寸的确定 选择传送滑台规格： 传送滑台工作行程 选择滑台规格驱动装置高度方向联系尺寸驱动装置长度方向尺寸 驱动装置布置在机床间时（下图）,63,4.4 机械加工生产线总体布局设计,64,4.4 机械加工生产线总体布局设计,6生产线内各装备之间距离尺寸的确定,1机床 2传送装置 3中央操纵台 4电气柜及油箱,65,4.4 机械加工生产线总体布局设计,相邻运动部件之间的间距：可小于250mm；或大于600mm；在 之间时应设置防护罩。 需要调整但不运动的相邻部件之间的间距：一般取700mm；若其中之一属运动部件，该加距离应加大，如电器柜门要开与关，可取 。 生产线的装备与车间柱子间的距离：不运动的
23、部件 取300mm；运动的部件 取500mm。,66,4.4 机械加工生产线总体布局设计,两条生产线运动部件之间的最小距离：取 采用水平返回随行夹具的生产线：机床与随行夹具返回装置之间的水平距离最小取800mm； 采用上方返回随行夹具的生产线：返回滚道的倾斜度取 最低点的高度应比装料基面高,67,4.4 机械加工生产线总体布局设计,4.4.4 生产线的其它装备的选择与配置 1传送带驱动装置的布置每个工段零件传送方向的终端使传送带处于受拉状态；有螺纹孔加工的，布置在螺纹孔加工前的孔深检查工位下方。 2小螺纹孔加工检查装置螺纹孔的加工攻螺纹前后均设置检查装置 3精加工工序的自动测量装置 处理方法：
24、将测量结果输入到自动补偿装置进行自动调刀；自动停止工作循环，通知操作者调整机床和刀具；采用备用机床减少生产线的停产时间。,68,4.4 机械加工生产线总体布局设计,4装卸工位控制机构生产线前端和末端的装卸工位设置控制机构装卸台无工件或卸料工位工件未取走发出互锁信号，停止工作。 5毛坯检查装置毛坯直接上线时应在前端设置检查装置检查毛坯的重要尺寸是否合格。 6液压站、电气柜及管路布置液压站、电气柜远离取暖设备；管路最短，拐弯最少；电气线路最好采用空中走线。,69,4.4 机械加工生产线总体布局设计,7. 桥梯、操纵台和工具台的布置 框形布局的生产线及随行夹具水平返回的生产线，需要设置跨越传送带的桥梯。尽量布置在返回线的上方。 集中控制的生产线中央操纵台；分工区的生产线工区辅助操纵台；需经常调整的设备手动调整按钮台。 刀具管理台及线外对刀装置 8. 清洗设备布置,70,4 机械加工生产线总体设计,P447：1,5,8 补充： 1.简述生产线加工顺序安排采用合理工序集中的优点。 2.简述确定生产线加工工艺方案工序集中的程度时应考虑的主要问题。 3.何谓生产线的生产节拍？如何实现生产节拍的平衡？ 4.简述机械加工生产线上工件的输送方式及其选用原则。 5.专用机床或组合机床设计内容？（8） 6.生产线的连接方式、随行夹具的返回方式？ 7.组合机床通用部件的类型？（5种类型）,
